RU2529216C1 - Method of production of thin-film organic coating - Google Patents

Method of production of thin-film organic coating Download PDF

Info

Publication number
RU2529216C1
RU2529216C1 RU2013105510/05A RU2013105510A RU2529216C1 RU 2529216 C1 RU2529216 C1 RU 2529216C1 RU 2013105510/05 A RU2013105510/05 A RU 2013105510/05A RU 2013105510 A RU2013105510 A RU 2013105510A RU 2529216 C1 RU2529216 C1 RU 2529216C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
layer
thickness
adsorption
solution
Prior art date
Application number
RU2013105510/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013105510A (en
Inventor
Светлана Викторовна Стецюра
Иван Владиславович Маляр
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского" filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Саратовский Государственный Университет Имени Н.Г. Чернышевского"
Priority to RU2013105510/05A priority Critical patent/RU2529216C1/en
Publication of RU2013105510A publication Critical patent/RU2013105510A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2529216C1 publication Critical patent/RU2529216C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: nanotechnology.
SUBSTANCE: invention relates to a technology of nanomaterials and nanostructures, and can be used to produce thin-film polymeric materials and coatings used in sensing, analytical, diagnostic and other devices, and when creating the protective dielectric coatings. The method of production of thin-film organic coating of cationic polyelectrolyte comprises modification of the substrate, preparing the aqueous solution of cationic polyelectrolyte with the adsorption of polyelectrolyte on the substrate, washing, drying the substrate with the deposited layer. The substrate is used as monocrystalline silicon with roughness less than or comparable with the thickness of the obtained coating. To generate the negative electrostatic charge the substrate is modified in the solution of alkali, hydrogen peroxide and water at 75°C for 15 min. During the adsorption the substrate is illuminated from the side of the solution with light having intensity in the range of 2-8 mW/cm2 and with wavelengths of the range of intrinsic absorption of silicon.
EFFECT: invention enables to reduce the roughness and thickness of the organic coating.
3 cl, 3 dwg, 5 tbl, 6 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к технологии наноматериалов и наноструктур и может применяться для получения тонкопленочных полимерных материалов и покрытий, используемых как в сенсорных, аналитических, диагностических и других устройствах, так и при создании защитных диэлектрических покрытий.The invention relates to the technology of nanomaterials and nanostructures and can be used to obtain thin-film polymeric materials and coatings used both in sensory, analytical, diagnostic and other devices, and when creating protective dielectric coatings.

Уровень техникиState of the art

Для нанесения тонкопленочного органического покрытия на подложки широкое распространение получили такие методы, как технология Ленгмюра-Блоджетт, центрифугирование, химическое осаждение, вакуумное напыление и послойная адсорбция заряженных органических молекул. Каждый метод обладает своими достоинствами и недостатками, вызванными как технологическими особенностями метода, так и особенностями строения органических молекул, например, существованием различных конформаций. Это может отражаться на таких параметрах покрытий, как их толщина, разнотолщинность одного слоя по площади, шероховатость поверхности.For applying thin-film organic coatings to substrates, methods such as Langmuir-Blodgett technology, centrifugation, chemical deposition, vacuum deposition, and layer-by-layer adsorption of charged organic molecules are widely used. Each method has its own advantages and disadvantages caused by both the technological features of the method and the structural features of organic molecules, for example, the existence of various conformations. This can affect the parameters of the coatings, such as their thickness, the thickness of one layer by area, and surface roughness.

Известен способ изготовления полимерного покрытия для защиты подложки оптического информационного носителя, при котором дискообразную форму заполняют жидким органическим (полимерным) материалом, производят отверждение материала, а затем полученную отливку извлекают из формы (см. патент РФ на изобретение RU 2068200, МПК G11В 7/26). В процессе отверждения органического материала дискообразную форму вращают вокруг ее центральной оси с постоянной скоростью от 100 до 17000 об/мин. Известный способ позволяет получить поверхность с низкой шероховатостью (0,01-0,05 мкм), разнотолщинностью (±10 нм) и несплошностью (менее 3%) покрытия.A known method of manufacturing a polymer coating to protect the substrate of the optical information carrier, in which the disk-shaped form is filled with liquid organic (polymer) material, the material is cured, and then the resulting casting is removed from the mold (see RF patent for invention RU 2068200, IPC G11B 7/26 ) In the process of curing the organic material, the disk-like shape is rotated around its central axis at a constant speed from 100 to 17000 rpm. The known method allows to obtain a surface with a low roughness (0.01-0.05 μm), a thickness difference (± 10 nm) and a discontinuity (less than 3%) of the coating.

Однако указанный способ не позволяет получить органический слой нанометровой толщины, а также ограничен применением исключительно для подложки дискообразной формы.However, this method does not allow to obtain an organic layer of nanometer thickness, and is also limited to use exclusively for a disk-shaped substrate.

Известен способ нанесения углеродосодержащей пленки, в том числе и органической, на подложку из газовой фазы (см. патент РФ на изобретение RU 2141005, МПК С23С 14/58, C23F 4/04). Дальнейшее ионно-плазменное полирующее травление позволяет уменьшить шероховатость поверхности подложки с покрытием. Данный способ позволяет получать тонкопленочные материалы с низкой шероховатостью (6,5 А).A known method of applying a carbon-containing film, including organic, on a substrate from the gas phase (see RF patent for the invention RU 2141005, IPC C23C 14/58, C23F 4/04). Further ion-plasma polishing etching reduces the surface roughness of the coated substrate. This method allows to obtain thin-film materials with a low roughness (6.5 A).

Однако необходимая в данной технологии пленка на основе углерода, которая может также содержать атомы водорода, кислорода, фтора, азота, наносится сверху функциональной структуры и приводит к изменению химического состава поверхности. Углеродосодержащее покрытие неконтролируемо изменяет электрофизические свойства поверхности (которые важны при использовании полученной структуры для осаждения функциональных групп из раствора) и не позволяет использовать полученную структуру в оптическом диапазоне из-за значительной толщины (превышающей высоту шероховатостей на поверхности) и коэффициента поглощения углеродной пленки в оптическом диапазоне.However, the carbon-based film required in this technology, which may also contain hydrogen, oxygen, fluorine, and nitrogen atoms, is deposited on top of the functional structure and leads to a change in the chemical composition of the surface. The carbon-containing coating uncontrollably changes the surface electrophysical properties (which are important when using the obtained structure for the deposition of functional groups from a solution) and does not allow the obtained structure to be used in the optical range due to the significant thickness (exceeding the surface roughness height) and the absorption coefficient of the carbon film in the optical range .

Послойная адсорбция заряженных полимерных молекул (полиэлектролитов) также широко используется для нанесения тонкопленочных органических покрытий в настоящее время. Она позволяет наносить как тонкие монослои, так и создавать слоистые структуры. При этом следует отметить, что полиэлектролитные молекулы ввиду сложности своей структуры и больших размеров могут обладать несколькими конформациями. Разные конформации приводят к разной толщине и шероховатости полимерного покрытия (как однослойного, так и многослойного).Layer-by-layer adsorption of charged polymer molecules (polyelectrolytes) is also widely used for the application of thin-film organic coatings at present. It allows you to apply both thin monolayers and create layered structures. It should be noted that polyelectrolyte molecules, due to the complexity of their structure and large sizes, can have several conformations. Different conformations lead to different thicknesses and roughness of the polymer coating (both single-layer and multi-layer).

Известен метод расположения полимерной молекулы, позволяющий контролировать ее расположение на подложке (см. патент РФ на изобретение RU 2336124, МПК B01J 19/00, C12Q 1/68, В82В 3/00). Сущность изобретения заключается в использовании определенных молекулярных взаимодействий между полимерной молекулой и подложкой. Это позволяет как фиксировать конформацию полимерной молекулы, так и перемещать молекулу или, по крайней мере, ее часть по поверхностному слою относительно подложки посредством приложения внешней силы с последующей фиксацией полимерной молекулы на поверхностном слое. За счет конфигурации поверхностного слоя можно не только создавать вытянутые линейные конформации молекул, но и изменять конформации желаемым образом, а также точно размещать отдельные полимерные молекулы относительно других полимерных молекул на поверхностном слое. Управление конформацией молекул и их положением на подложке позволяет задавать минимальную толщину покрытия.A known method for the location of a polymer molecule that allows you to control its location on a substrate (see RF patent for the invention RU 2336124, IPC B01J 19/00, C12Q 1/68, B82B 3/00). The essence of the invention lies in the use of certain molecular interactions between a polymer molecule and a substrate. This allows you to both fix the conformation of the polymer molecule, and to move the molecule, or at least part of it, on the surface layer relative to the substrate by applying an external force followed by fixing the polymer molecule on the surface layer. Due to the configuration of the surface layer, it is possible not only to create elongated linear conformations of the molecules, but also to change the conformations in the desired way, as well as precisely place individual polymer molecules relative to other polymer molecules on the surface layer. Controlling the conformation of molecules and their position on the substrate allows you to set the minimum coating thickness.

Однако получение сплошного органического покрытия данным методом затруднено, так как предусматривает технологические операции с отдельными полимерными молекулами.However, obtaining a continuous organic coating by this method is difficult, since it involves technological operations with individual polymer molecules.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения одно- или многослойных пленочных элементов путем послойной адсорбции, заключающийся в осаждении из раствора на заряженные подложки полиионных молекул, то есть полимерных молекул, обладающих эффективным зарядом в растворе (см. патент на изобретение US 5208111). Способ включает модификацию подложки таким образом, чтобы по всей площади поверхности подложки располагались отрицательно заряженные ионы или ионизируемые отрицательно заряженные соединения, приготовление водного раствора поликатионных молекул, адсорбцию поликатионных молекул на подложку, промывку в деионизованной воде и сушку подложки с осажденным слоем в потоке сухого воздуха. Заряд первого органического слоя противоположен заряду подложки. Для осаждения следующего слоя подложку помещают в раствор с молекулами, обладающими зарядом, противоположным заряду последнего осажденного слоя. Данный способ позволяет получать органические покрытия, обладающие высокой однородностью на больших площадях, при этом требует низких технологических затрат.Closest to the proposed invention is a method for producing single or multilayer film elements by layer-by-layer adsorption, which consists in the deposition of polyionic molecules, that is, polymer molecules having an effective charge in solution, from a solution onto charged substrates (see patent US 5208111). The method includes modifying the substrate in such a way that negatively charged ions or ionizable negatively charged compounds are located over the entire surface area of the substrate, preparing an aqueous solution of polycationic molecules, adsorption of polycationic molecules onto a substrate, washing in deionized water and drying the substrate with a deposited layer in a stream of dry air. The charge of the first organic layer is opposite to the charge of the substrate. To precipitate the next layer, the substrate is placed in a solution with molecules having a charge opposite to the charge of the last deposited layer. This method allows to obtain organic coatings with high uniformity over large areas, while requiring low technological costs.

Однако толщина пленок, полученных указанным способом, может регулироваться только за счет используемого метода пошаговой послойной адсорбции компонентов материала в процессе формирования материала, то есть с точностью до толщины 1 слоя. Разнотолщинность слоя, возникающая при осаждении полиэлектролитных молекул из раствора, при этом не учитывается. Кроме того, способ, принятый за прототип, не позволяет управлять адсорбцией с помощью внешних воздействий.However, the thickness of the films obtained in this way can only be adjusted by using the method of stepwise layer-by-layer adsorption of material components in the process of material formation, that is, up to a thickness of 1 layer. The layer thickness difference arising from the deposition of polyelectrolyte molecules from a solution is not taken into account. In addition, the method adopted for the prototype does not allow adsorption to be controlled by external influences.

Задача изобретения и технический результатThe objective of the invention and the technical result

Задачей изобретения является разработка способа изготовления путем осаждения из раствора тонкопленочных (нанометровых) полимерных покрытий с варьируемой нанометровой толщиной и шероховатостью, сравнимой с шероховатостью монокристаллических полупроводниковых подложек.The objective of the invention is to develop a manufacturing method by deposition from a solution of thin-film (nanometer) polymer coatings with a variable nanometer thickness and roughness comparable to the roughness of single-crystal semiconductor substrates.

Технический результат заключается в уменьшении шероховатости и толщины органического покрытия, состоящего из указанных поликатионных молекул.The technical result consists in reducing the roughness and thickness of an organic coating consisting of these polycationic molecules.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Решение поставленной задачи достигается путем предварительного удаления органических и неорганических загрязнений с поверхности гладких монокристаллических полупроводниковых подложек, создания на поверхности подложек эффективного электростатического заряда, адсорбции полиионных комплексов из раствора на подложки при дополнительном освещении последних со стороны раствора светом с длиной волны оптического диапазона из области собственного поглощения полупроводниковой подложки.The solution to this problem is achieved by first removing organic and inorganic contaminants from the surface of smooth single-crystal semiconductor substrates, creating an effective electrostatic charge on the surface of the substrates, adsorbing polyionic complexes from the solution onto the substrates by additionally illuminating the latter from the solution side with light with an optical wavelength from the intrinsic absorption region semiconductor substrate.

Описание чертежейDescription of drawings

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлены схематичные изображения, иллюстрирующие изменение конформации полиэлектролитных молекул при низкой (а) и высокой (б) плотностях поверхностного заряда подложки. На фиг.2 приведены изображения поверхности кремниевой подложки после перекисно-аммиачной обработки (а), подложки со слоем полиэтиленимина, осажденным при освещении на длине волны 442 нм с интенсивностью 8 мВт/см2 (б), а также без освещения (в), полученные с помощью атомно-силовой микроскопии. Фиг.3 иллюстрирует уменьшение толщины слоя органического покрытия из полиэтиленимина в зависимости от толщины «темнового» покрытия при освещении подложки во время адсорбции (длина волны 442 нм, интенсивность облучения 2 мВт/см2).The invention is illustrated by drawings, where figure 1 presents schematic images illustrating a change in the conformation of polyelectrolyte molecules at low (a) and high (b) surface charge densities of the substrate. Figure 2 shows the surface image of the silicon substrate after peroxide-ammonia treatment (a), the substrate with a layer of polyethyleneimine deposited when illuminated at a wavelength of 442 nm with an intensity of 8 mW / cm 2 (b), and also without illumination (c), obtained using atomic force microscopy. Figure 3 illustrates the decrease in the thickness of the layer of organic coating of polyethyleneimine depending on the thickness of the "dark" coating when illuminating the substrate during adsorption (wavelength 442 nm, irradiation intensity 2 mW / cm 2 ).

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Для нанесения тонкопленочного органического покрытия по способу послойной адсорбции необходимо использовать подложки, поверхность которых обладает зарядом. В качестве подложек предлагается использовать монокристаллические кремниевые пластины, так как заряд их поверхности можно изменять с помощью освещения за счет генерации в приповерхностном слое электронно-дырочных пар. Изменение поверхностного заряда может влиять на конформацию осаждаемых полиэлектролитных молекул. Значительное изменение конформации молекул должно привести к изменению толщины и шероховатости осаждаемого полиэлектролитного покрытия. Так как осаждаемые полиэлектролитные слои имеют нанометровую толщину, то шероховатость исходных подложек должна быть меньше 1 нм.For applying a thin-film organic coating by the method of layer-by-layer adsorption, it is necessary to use substrates whose surface has a charge. It is proposed to use single-crystal silicon wafers as substrates, since the charge of their surface can be changed using lighting due to the generation of electron-hole pairs in the surface layer. A change in surface charge can affect the conformation of the deposited polyelectrolyte molecules. A significant change in the conformation of molecules should lead to a change in the thickness and roughness of the deposited polyelectrolyte coating. Since the deposited polyelectrolyte layers have a nanometer thickness, the roughness of the initial substrates should be less than 1 nm.

Сначала очищают и модифицируют подложку, представляющую собой монокристаллический кремний со слоем естественного окисла, таким образом, чтобы по всей площади поверхности подложки располагались отрицательно заряженные ионы или ионизируемые отрицательно заряженные соединения. Предварительная подготовка кремниевых пластин включала перекисно-аммиачную обработку, приводящую к удалению органических загрязнений и созданию отрицательного заряда на поверхности благодаря закреплению (активизации) отрицательно заряженных ОН-групп. Она состоит в кипячении при 75°С в течение 15 минут в растворе NH4OH:H2O2:H2O=1:1:4. После кипячения подложки промывались в деионизованной воде в течение 20 минут. Удаление естественного окисла кремния не проводилось.First, the substrate, which is monocrystalline silicon with a layer of natural oxide, is cleaned and modified so that negatively charged ions or ionized negatively charged compounds are located over the entire surface area of the substrate. Preliminary preparation of silicon wafers included peroxide-ammonia treatment, leading to the removal of organic impurities and the creation of a negative charge on the surface due to the fixing (activation) of negatively charged OH groups. It consists in boiling at 75 ° C for 15 minutes in a solution of NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 4. After boiling, the substrates were washed in deionized water for 20 minutes. The removal of natural silicon oxide was not carried out.

Так как в данном способе для осаждения органического слоя используется послойное нанесение из раствора, то для создания раствора использовали деионизованную воду и полимерные молекулы, обладающие в растворе эффективным зарядом. Адсорбция происходит на кремниевые подложки, обладающие отрицательным зарядом, поэтому выбирались катионные полиэлектролитные молекулы (полиэтиленимин (ПЭИ), полиамин, полиамидамин, полиакриламид (ПАА) и полихлориддиаллил-диметил-аммония (PDADMAC) и т.д.). Указанные полиэлектролиты отличаются молекулярной массой, степенью ионизации в растворе и гибкостью макромолекул. Концентрация водного раствора полиэлектролита может варьироваться в широких пределах. Время адсорбции должно быть достаточно для формирования сплошного покрытия на подложке при используемых концентрациях и составляет на практике от 1 до 30 минут.Since this method uses layer-by-layer deposition from a solution to precipitate the organic layer, deionized water and polymer molecules with an effective charge in the solution were used to create the solution. Adsorption occurs on silicon substrates with a negative charge, so cationic polyelectrolyte molecules (polyethyleneimine (PEI), polyamine, polyamidamine, polyacrylamide (PAA) and polychloride-diallyl-dimethyl-ammonium (PDADMAC, etc.) were chosen. These polyelectrolytes differ in molecular weight, degree of ionization in solution, and flexibility of macromolecules. The concentration of the aqueous solution of the polyelectrolyte can vary within wide limits. The adsorption time should be sufficient for the formation of a continuous coating on the substrate at the used concentrations and in practice is from 1 to 30 minutes.

Кремниевая подложка могла помещаться в раствор, или раствор наносили на ее поверхность в нужное место при помощи захвата некоторого количества раствора пипеточным дозатором и последующего нанесения капли в нужное место подложки. В последнем случае следует следить, чтобы раствор не испарился за время адсорбции, для чего необходимо поддерживать высокую влажность (более 80%). Это обеспечивается помещением подложки в герметичную емкость из прозрачного в оптическом диапазоне материала (например, стекла). После процесса осаждения необходимо провести промывку в деионизованной воде и высушить полученные образцы в потоке сухого азота.The silicon substrate could be placed in the solution, or the solution was applied to its surface in the right place by capturing a certain amount of the solution with a pipette dispenser and then applying a drop to the right place on the substrate. In the latter case, it should be ensured that the solution does not evaporate during the adsorption period, for which it is necessary to maintain high humidity (more than 80%). This is ensured by placing the substrate in a sealed container made of a material that is transparent in the optical range (for example, glass). After the deposition process, it is necessary to rinse in deionized water and dry the obtained samples in a stream of dry nitrogen.

Определяющее значение для достижения заявленного технического результата имеет одновременное с процессом адсорбции освещение через раствор той стороны подложки, где необходимо управлять толщиной и шероховатостью полиэлектролитного осаждаемого слоя. Для освещения можно использовать, как монохроматические (в том числе лазер), так и немохроматические источники освещения (галогенная лампа или лампа накаливания), однако количественная оценка (прогнозирование) возможна только для монохроматических источников. Кроме того, использование лампы накаливания может привести к нежелательному нагреву полупроводниковой подложки и раствора. Диапазон используемых длин волн соответствовал диапазону спектральной чувствительности кремния (400-900 нм). Необходимо отметить, что вода и большинство полиэлектролитных молекул не поглощают в указанном диапазоне. Мощность источника света (интенсивность облучения), необходимая для эффективного изменения толщины и шероховатости, зависит как от параметров молекул полиэлектролитов (степени ионизации полиэлектролитных молекул в растворе, количества звеньев в молекуле), так и от параметров кремниевой подложки (поверхностного заряда, полученного при предварительной обработке, степени легирования, коэффициента поглощения, скорости генерационно-рекомбинационных процессов в приповерхностном слое кремниевой подложки). Освещение приводит к снижению толщины и шероховатости осаждаемых слоев. Интенсивности облучения, необходимые для достижения минимальных толщин и шероховатостей поликатионных покрытий, были получены экспериментально. Полученные значения интенсивности облучения коррелируют с оценкой, проведенной с учетом конформационной зависимости молекул от плотности поверхностного заряда подложки, предложенной в [A.V.Dobrynin, A.Deshkovski, M.Rubinstein // Phys. Rev. Lett. 2000. Vol.84. N.14. Р.3101-3104].The illumination through the solution of that side of the substrate, where it is necessary to control the thickness and roughness of the polyelectrolyte deposited layer, is of decisive importance for achieving the claimed technical result. For lighting, you can use both monochromatic (including laser) and non-chromatic light sources (halogen lamp or incandescent lamp), however, quantitative assessment (forecasting) is possible only for monochromatic sources. In addition, the use of an incandescent lamp can lead to undesirable heating of the semiconductor substrate and the solution. The range of wavelengths used corresponded to the spectral sensitivity range of silicon (400-900 nm). It should be noted that water and most polyelectrolyte molecules do not absorb in the indicated range. The power of the light source (irradiation intensity), necessary to effectively change the thickness and roughness, depends both on the parameters of the polyelectrolyte molecules (degree of ionization of the polyelectrolyte molecules in the solution, the number of units in the molecule), and on the parameters of the silicon substrate (surface charge obtained during pretreatment , the degree of doping, the absorption coefficient, the rate of generation and recombination processes in the surface layer of a silicon substrate). Lighting leads to a decrease in the thickness and roughness of the deposited layers. The irradiation intensities necessary to achieve the minimum thicknesses and roughnesses of polycationic coatings were obtained experimentally. The obtained values of the irradiation intensity correlate with the estimate made taking into account the conformational dependence of molecules on the surface charge density of the substrate, proposed in [A.V.Dobrynin, A.Deshkovski, M.Rubinstein // Phys. Rev. Lett. 2000. Vol. 84. N.14. P.3101-3104].

С учетом вышесказанного для монокристаллических кремниевых подложек и монохроматических источников можно использовать следующую формулу для оценки значения плотность потока квантов Фсr, при котором уменьшение толщины и шероховатости будет максимально:In view of the foregoing, for single-crystal silicon substrates and monochromatic sources, the following formula can be used to estimate the quantum flux density Ф cr , at which the reduction in thickness and roughness will be maximized:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
см,
Figure 00000003
, q - заряд электрона [Кл], постоянная Больцмана [Дж/К], Т - температура раствора и кремниевой подложки [К], ε - диэлектрическая проницаемость кремния, ε0 - диэлектрическая проницаемость вакуума [Ф/см], nd - концентрация легирующей примеси [см-3], ni - собственная концентрация носителей заряда в кремнии [см-3], s1 - скорость поверхностной рекомбинации на лицевой стороне пластины [см/с], R - коэффициент отражения от поверхности кремния, а - длина связи в растворе, lB=q2p-paε0kT - длина Бьеррума [см], εр-ра - диэлектрическая проницаемость раствора, f - доля заряженных мономеров в молекуле, K - число мономеров в молекуле, Nss - плотность отрицательно заряженных поверхностных состояний подложки [см-2]. Откуда можно найти критическое значение интенсивности Icr монохроматического света в зависимости от длины волны λ:Where
Figure 00000002
cm,
Figure 00000003
, q is the electron charge [C], the Boltzmann constant [J / K], T is the temperature of the solution and the silicon substrate [K], ε is the dielectric constant of silicon, ε 0 is the dielectric constant of vacuum [F / cm], n d is the concentration dopant [cm -3 ], n i is the intrinsic concentration of charge carriers in silicon [cm -3 ], s 1 is the surface recombination rate on the front side of the plate [cm / s], R is the reflection coefficient from the silicon surface, and is the length bonds in solution, l B = q 2 / ε p-pa ε 0 kT is the Bierrum length [cm], ε p-pa is the dielectric constant of the solution, f is the fraction of the charge number of monomers in the molecule, K is the number of monomers in the molecule, N ss is the density of negatively charged surface states of the substrate [cm -2 ]. Where can one find the critical value of the intensity I cr of monochromatic light depending on the wavelength λ:

Figure 00000004
Figure 00000004

где h - постоянная Планка [Дж·с], v - частота излучения [Гц], с - скорость света [м/с].where h is the Planck constant [J · s], v is the radiation frequency [Hz], s is the speed of light [m / s].

Полученный результат объясняется тем, что поликатионные молекулы, адсорбированные на подложку, создают на поверхности кремниевых подложек нескомпесированный положительный электрический заряд, освещение генерирует в приповерхностном слое подложек неравновесные электронно-дырочные пары, концентрация которых зависит от интенсивности освещения, при этом неравновесные носители заряда могут не только скомпенсировать поверхностный заряд, но и при достаточной интенсивности освещения неравновесные электроны из приповерхностного слоя полупроводника туннелируют через поверхностный оксидированный слой, увеличивая отрицательный заряд на поверхности структуры и, соответственно, электростатическое притяжение поликатионных молекул. Это приводит к изменению конформации осаждаемых полиэлектролитных молекул в соответствии с фиг.1, что приводит к уменьшению толщины органического покрытия, состоящего из поликатионных молекул (фотосорбционный эффект), и его шероховатости. Для количественной характеризации фотосорбционного эффекта предложена формулаThe obtained result is explained by the fact that polycationic molecules adsorbed on a substrate create an uncompensated positive electric charge on the surface of silicon substrates, lighting generates nonequilibrium electron-hole pairs in the surface layer of the substrates, the concentration of which depends on the light intensity, and nonequilibrium charge carriers can not only compensate the surface charge, but even with sufficient illumination intensity, nonequilibrium electrons from the near-surface layer along a semiconductor tunnel through the surface oxidized layer, increasing the negative charge on the surface of the structure and, accordingly, the electrostatic attraction of polycationic molecules. This leads to a change in the conformation of the deposited polyelectrolyte molecules in accordance with figure 1, which leads to a decrease in the thickness of the organic coating, consisting of polycationic molecules (photosorption effect), and its roughness. For the quantitative characterization of the photosorption effect, the formula

Figure 00000005
Figure 00000005

где Dill и Dd - толщины адсорбированных слоев при освещении и в темноте, соответственно.where D ill and D d are the thicknesses of the adsorbed layers under lighting and in darkness, respectively.

Измерения морфологии поверхности покрытий, проведенные с помощью атомно-силовой микроскопии (фиг.2), и толщины покрытий, проведенные с помощью эллипсометрии (фиг.3), подтвердили приведенные рассуждения. Необходимо отметить, что описанный фотосорбционный эффект не связан с уменьшением количества адсорбируемых молекул при освещении, величина фотосорбционного эффекта, представленная на фиг.3, возрастает по модулю с увеличением толщины осаждаемого темнового слоя, а сам эффект всегда отрицателен, то есть освещение приводит к снижению толщины вне зависимости от типа проводимости подложки, что нетипично для механизмов, описанных в [Бару В.Г., Волькенштейн Ф.Ф. Влияние облучения на поверхностные свойства полупроводников. - М.: Наука, 1978. - 288 с.], то есть не может объясняться десорбцией молекул при освещении подложки.Measurements of the morphology of the surface of the coatings carried out using atomic force microscopy (Fig.2), and the thickness of the coatings made using ellipsometry (Fig.3), confirmed the above reasoning. It should be noted that the described photosorption effect is not associated with a decrease in the number of adsorbed molecules under illumination, the magnitude of the photosorption effect shown in Fig. 3 increases in absolute value with an increase in the thickness of the deposited dark layer, and the effect itself is always negative, i.e., lighting leads to a decrease in the thickness regardless of the type of conductivity of the substrate, which is not typical for the mechanisms described in [Baru V.G., Volkenstein F.F. The effect of irradiation on the surface properties of semiconductors. - M .: Nauka, 1978. - 288 p.], That is, it cannot be explained by the desorption of molecules upon illumination of the substrate.

Примеры конкретного выполненияCase Studies

Пример 1Example 1

Исходная подложка - n-Si (100) с удельным сопротивлением 3-6 Ом·см и шероховатостью 0,8 А.The initial substrate is n-Si (100) with a specific resistance of 3-6 Ohm · cm and a roughness of 0.8 A.

Подложки обрабатывались в течение 15 минут в перекисно-аммиачном растворе NH4OH:Н2O22O=1:1:4 при 75°С.The substrates were treated for 15 minutes in an ammonia peroxide solution of NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 4 at 75 ° C.

Был приготовлен водный раствор полиэтиленимина (-C2H5N-)x с молекулярной массой 25 кДа и концентрацией полиэлектролита 1 мг/мл в деионизованной воде с удельным сопротивлением 18 МОм·см. Оценка количества фрагментов молекулы ПЭИ путем деления молекулярной массы ПЭИ на молекулярную массу звена дает значение порядка 600.An aqueous solution of polyethyleneimine (-C 2 H 5 N-) x was prepared with a molecular weight of 25 kDa and a concentration of 1 mg / ml polyelectrolyte in deionized water with a specific resistance of 18 MOhm · cm. Estimating the number of fragments of the PEI molecule by dividing the molecular weight of the PEI by the molecular weight of the unit gives a value of the order of 600.

Подложка погружалась в раствор полиэлектролита. Время адсорбции варьировалось от 1 до 60 минут (табл.1). Для освещения подложки использовался He-Cd лазер с длиной волны 442 нм и интенсивностью излучения 2 мВт/см2. Для минимизации погрешностей вычисление величины эффекта проводилось для образцов, полученных во время одного эксперимента (осаждения), при этом один из образцов освещался.The substrate was immersed in a solution of polyelectrolyte. The adsorption time varied from 1 to 60 minutes (Table 1). To illuminate the substrate, a He-Cd laser with a wavelength of 442 nm and a radiation intensity of 2 mW / cm 2 was used . To minimize errors, the magnitude of the effect was calculated for samples obtained during one experiment (deposition), and one of the samples was illuminated.

После адсорбции образцы промывались в течение 10 минут в деионизованной воде с удельным сопротивлением 18 МОм·см и сушились в потоке сухого азота.After adsorption, the samples were washed for 10 minutes in deionized water with a specific resistance of 18 MOhm · cm and dried in a stream of dry nitrogen.

Для измерений толщины покрытий использовался эллипсометр Multiscop от Optrel (Германия) с He-Ne лазером (λ=632,8 нм). Исходя из показателей преломления исследуемых объектов (кремния со слоем естественного окисла толщиной около 2 нм, а также нанометровых органических покрытий), которые лежат в диапазоне n=1,4-1,5, для измерений был выбран угол падения лазерного луча, равный 70°. Поскольку эта величина близка к углу Брюстера для данных материалов, это позволило повысить точность измерений. Также для повышения точности и достоверности результатов проводилась серия измерений подложек до нанесения слоя полиэтиленимина и сразу после нанесения. Значения толщин слоев находились путем решения прямой задачи эллипсометрии для случая с двумя (воздух / оксид кремния / кремневая подложка) и тремя (воздух / слой полиэлектролита / оксид кремния / кремневая подложка) границами раздела. Для расчета использовались значения показателей преломления (n) и экстинкции (k): для кремния - 3,8858 и 0,02, соответственно; для оксида кремния -1,4598 и 0; для воздуха - 1 и 0; для полиэтиленимина - 1,453 и 0. Рассчитанные значения толщин слоев усреднялись не менее чем по 3 измерениям на различных участках каждого образца, при этом максимальный разброс значений был менее 1 А. Для АСМ измерений использовалась зондовая нанолаборатория «NTGRA-Spectra» (NT-MDT, Россия). Сканирование осуществлялось с частотой 0,3-0,5 Гц в полуконтактном режиме на воздухе с помощью кантилевера NSGll/Pt (NT-MDT) с платиновым напылением. Результаты приведены в таблице 1 и на фиг.2.To measure the thickness of the coatings, a Multiscop ellipsometer from Optrel (Germany) with a He-Ne laser (λ = 632.8 nm) was used. Based on the refractive indices of the studied objects (silicon with a layer of natural oxide about 2 nm thick, as well as nanometer organic coatings), which lie in the range n = 1.4-1.5, a laser beam angle of 70 ° was chosen for measurements . Since this value is close to the Brewster angle for these materials, this made it possible to increase the accuracy of measurements. Also, to increase the accuracy and reliability of the results, a series of measurements of the substrates was carried out before applying a layer of polyethyleneimine and immediately after application. The layer thicknesses were found by solving the direct ellipsometry problem for the case with two interfaces (air / silicon oxide / silicon substrate) and three (air / polyelectrolyte layer / silicon oxide / silicon substrate) interfaces. For the calculation, we used the values of refractive indices (n) and extinction (k): for silicon - 3.88858 and 0.02, respectively; for silicon oxide -1.4598 and 0; for air - 1 and 0; for polyethyleneimine - 1.453 and 0. The calculated values of the layer thicknesses were averaged over at least 3 measurements in different areas of each sample, with a maximum variation of values of less than 1 A. For AFM measurements, the NTGRA-Spectra probe nanolaboratory (NT-MDT, Russia). Scanning was carried out with a frequency of 0.3-0.5 Hz in the tapping mode in air using a NSGll / Pt cantilever (NT-MDT) with platinum spraying. The results are shown in table 1 and figure 2.

Таблица 1 - Зависимость толщины адсорбированного слоя ПЭИ и шероховатости поверхности покрытия структуры от времени адсорбции, проведенной без освещения и при фиксированной освещенности (с длиной волны 442 нм и интенсивностью излучения 2 мВт/см2)Table 1 - Dependence of the thickness of the adsorbed PEI layer and the surface roughness of the structure coating on the adsorption time carried out without illumination and at fixed illumination (with a wavelength of 442 nm and a radiation intensity of 2 mW / cm 2 ) Время адсорбции, минAdsorption time, min Толщина слоя полиэтиленимина, осажденного без освещения, АThe thickness of the layer of polyethylenimine, precipitated without lighting, And Толщина слоя полиэтиленимина, осажденного при освещении, АThe thickness of the layer of polyethyleneimine precipitated by lighting, And Шероховатость поверхности структуры, полученной без освещения, АThe surface roughness of the structure obtained without lighting, And Шероховатость поверхности структуры, полученной при освещении, АThe surface roughness of the structure obtained by lighting, And 1one 7,0±0,57.0 ± 0.5 5,0±0,55.0 ± 0.5 1,51,5 1,01,0 33 8,0±0,58.0 ± 0.5 5,5±0,55.5 ± 0.5 2,52,5 1,01,0 55 12,0±0,512.0 ± 0.5 8,5±0,58.5 ± 0.5 3,53,5 2,52,5 1010 9,0±0,59.0 ± 0.5 6,0±0,56.0 ± 0.5 2,52,5 1,01,0 20twenty 7,0±0,57.0 ± 0.5 5,0±0,55.0 ± 0.5 1,51,5 1,01,0 30thirty 6,5±0,56.5 ± 0.5 5,0±0,55.0 ± 0.5 1,51,5 1,01,0 6060 6,0±0,56.0 ± 0.5 5,0±0,55.0 ± 0.5 1,51,5 1,01,0

Таким образом, получено максимальное уменьшение толщины (на 33%) и шероховатости (на 60%) слоя полиэтиленимина, полученного за 10 минут адсорбции на кремний n-типа при освещении с длиной волны 442 нм и интенсивностью излучения 2 мВт/см2.Thus, the maximum decrease in the thickness (by 33%) and roughness (by 60%) of the polyethyleneimine layer obtained in 10 minutes of adsorption on n-type silicon was obtained under illumination with a wavelength of 442 nm and a radiation intensity of 2 mW / cm 2 .

Пример 2Example 2

Использовалась исходная подложка - p-Si (100) с удельным сопротивлением 9 Ом·см и шероховатостью 0,8 А. Предварительная обработка подложек, подготовка раствора ПЭИ, этапы осаждения полиэлектролитного слоя, промывки и сушки также совпадают с Примером 1. Также совпадают способы характеризации. Результаты приведены в таблице 2 и на фиг.3.The original substrate was used — p-Si (100) with a specific resistance of 9 Ohm · cm and a roughness of 0.8 A. Pretreatment of the substrates, preparation of a PEI solution, the steps of the deposition of the polyelectrolyte layer, washing and drying also coincided with Example 1. The characterization methods also coincided . The results are shown in table 2 and figure 3.

Таблица 2 - Зависимость толщины адсорбированного слоя ПЭИ и шероховатости поверхности покрытия структуры от времени адсорбции, проведенной без освещения и при фиксированной освещенности (с длиной волны 442 нм и интенсивностью излучения 2 мВт/см2)Table 2 - Dependence of the thickness of the adsorbed PEI layer and the surface roughness of the structure coating on the adsorption time carried out without illumination and at fixed illumination (with a wavelength of 442 nm and a radiation intensity of 2 mW / cm 2 ) Время адсорбции, минAdsorption time, min Толщина слоя полиэтиленимина, осажденного без освещения, АThe thickness of the layer of polyethylenimine, precipitated without lighting, And Толщина слоя полиэтиленимина, осажденного при освещении, АThe thickness of the layer of polyethyleneimine precipitated by lighting, And Шероховатость поверхности структуры, полученной без освещения, АThe surface roughness of the structure obtained without lighting, And Шероховатость поверхности структуры, полученной при освещении, АThe surface roughness of the structure obtained by lighting, And 1one 7,5±0,57.5 ± 0.5 6,0±0,56.0 ± 0.5 1,51,5 1,01,0 33 9,0±0,59.0 ± 0.5 6,5±0,56.5 ± 0.5 2,52,5 1,01,0 55 13,0±0,513.0 ± 0.5 9,5±0,59.5 ± 0.5 3,53,5 2,52,5 1010 10,0±0,510.0 ± 0.5 7,0±0,57.0 ± 0.5 2,52,5 1,51,5 20twenty 8,0±0,58.0 ± 0.5 6,0±0,56.0 ± 0.5 1,51,5 1,01,0 30thirty 7,5±0,57.5 ± 0.5 6,0±0,56.0 ± 0.5 1,51,5 1,01,0 6060 7,0±0,57.0 ± 0.5 6,0±0,56.0 ± 0.5 1,51,5 1,01,0

Таким образом, получено максимальное уменьшение толщины (на 30%) и шероховатости (на 60%) слоя полиэтиленимина, полученного за 10 минут адсорбции на кремний n-типа, при освещении с длиной волны 442 нм и интенсивностью излучения 2 мВт/см2.Thus, the maximum decrease in the thickness (by 30%) and roughness (by 60%) of the polyethyleneimine layer obtained in 10 minutes of adsorption on n-type silicon was obtained under illumination with a wavelength of 442 nm and a radiation intensity of 2 mW / cm 2 .

Пример 3Example 3

Использовались подложки и растворы для осаждения полиэлектролитного слоя, описанные в примере 1. Предварительная обработка подложки, этапы промывки и сушки также совпадают с Примером 1. Адсорбция полиэтиленимина на кремниевую подложку осуществлялась при следующих условиях:We used substrates and solutions for the deposition of the polyelectrolyte layer described in Example 1. Pretreatment of the substrate, washing and drying steps also coincide with Example 1. Polyethyleneimine was adsorbed onto a silicon substrate under the following conditions:

Подложка погружалась в раствор полиэлектролита, время адсорбции 5 минут. Для освещения подложки использовался He-Cd лазер с длиной волны 442 нм, интенсивность излучения которого варьировалась с помощью поляризатора и полуволновой пластинки от 1 до 30 мВт/см2. Результаты представлены в табл.3.The substrate was immersed in a solution of polyelectrolyte, the adsorption time of 5 minutes. To illuminate the substrate, a He-Cd laser with a wavelength of 442 nm was used, the radiation intensity of which was varied using a polarizer and a half-wave plate from 1 to 30 mW / cm 2 . The results are presented in table.3.

Таблица 3 - Зависимость толщины и шероховатости адсорбированного слоя полиэтиленимина от интенсивности освещения поверхности n-Si лазером с длиной волны 442 нмTable 3 - Dependence of the thickness and roughness of the adsorbed layer of polyethyleneimine on the intensity of illumination of the surface of an n-Si laser with a wavelength of 442 nm Интенсивность освещения, мВт/см2 The intensity of lighting, mW / cm 2 Толщина слоя полиэтиленимина, осажденного при освещении, АThe thickness of the layer of polyethyleneimine precipitated by lighting, And Шероховатость поверхности структуры, полученной при освещении, АThe surface roughness of the structure obtained by lighting, And 00 Без покрытияWithout cover 0,80.8 00 12,0±0,512.0 ± 0.5 3,53,5 1one 9,0±0,59.0 ± 0.5 2.52.5 22 8,5±0,58.5 ± 0.5 2,52,5 4four 7,5±0,57.5 ± 0.5 1,51,5 88 5,0±0,55.0 ± 0.5 1,01,0 15fifteen 5,0±0,55.0 ± 0.5 1,01,0 30thirty 5,0±0,55.0 ± 0.5 1,01,0

Таким образом, максимальное уменьшение толщины (на 58%) и шероховатости (на 71%) слоя полиэтиленимина, осажденного за время 5 минут получено уже при интенсивности освещения 8 мВт/см2 и не увеличивается с дальнейшим ростом интенсивности.Thus, the maximum decrease in thickness (by 58%) and roughness (by 71%) of the layer of polyethyleneimine deposited in 5 minutes was obtained already at an illumination intensity of 8 mW / cm 2 and does not increase with a further increase in intensity.

Пример 4Example 4

Использовались подложки и растворы для осаждения полиэлектролитного слоя, описанные в примере 1. Предварительная обработка подложки, этапы промывки и сушки также совпадают с Примером 1. Алгоритм осаждения ПЭИ при освещении аналогичен Примеру 3 с той лишь разницей, что использовался твердотельный лазер с длиной волны 650 нм, интенсивность излучения которого варьировалась с помощью поляризатора и полуволновой пластинки от 1 до 30 мВт/см2. Результаты представлены в табл.4.We used substrates and solutions for the deposition of the polyelectrolyte layer described in Example 1. Pretreatment of the substrate, washing and drying steps also coincide with Example 1. The PEI deposition algorithm for illumination is similar to Example 3 with the only difference being that a solid-state laser with a wavelength of 650 nm was used , the radiation intensity of which was varied using a polarizer and a half-wave plate from 1 to 30 mW / cm 2 . The results are presented in table 4.

Таблица 4 - Зависимость толщины и шероховатости адсорбированного слоя полиэтиленимина от интенсивности освещения поверхности n-Si лазером с длиной волны 650 нмTable 4 - Dependence of the thickness and roughness of the adsorbed layer of polyethyleneimine on the intensity of illumination of the surface of an n-Si laser with a wavelength of 650 nm Интенсивность освещения, мВт/см2 The intensity of lighting, mW / cm 2 Толщина слоя полиэтиленимина, осажденного при освещении, АThe thickness of the layer of polyethyleneimine precipitated by lighting, And Шероховатость поверхности структуры, полученной при освещении, АThe surface roughness of the structure obtained by lighting, And 00 Без покрытияWithout cover 0,80.8 00 12,0±0,512.0 ± 0.5 3,53,5 1one 8,5±0,58.5 ± 0.5 2,02.0 22 7,5±0,57.5 ± 0.5 1,51,5 4four 5,0±0,55.0 ± 0.5 1,01,0 88 5,0±0,55.0 ± 0.5 1,01,0 15fifteen 5,0±0,55.0 ± 0.5 1,01,0 30thirty 5,0±0,55.0 ± 0.5 1,01,0

Таким образом, максимальное уменьшение толщины (на 58%) и шероховатости (на 71%) слоя полиэтиленимина, осажденного за время 5 минут, получено уже при интенсивности освещения 4 мВт/см2 и не увеличивается с дальнейшим ростом интенсивности.Thus, the maximum decrease in thickness (by 58%) and roughness (by 71%) of the polyethyleneimine layer deposited in 5 minutes was obtained already at an illumination intensity of 4 mW / cm 2 and does not increase with a further increase in intensity.

Пример 5Example 5

Исходные подложки и их предварительная обработка совпадают с Примером. 1.The source substrates and their pre-treatment are the same as Example. one.

Был приготовлен водный раствор полихлориддиаллил-диметил-аммония PDADMAC. (-C8H16ClN-)x с молекулярной массой 200-350 кДа и концентрацией полиэлектролита 1 мг/мл в деионизованной воде с удельным сопротивлением 18 МОм·см. Оценка количества фрагментов молекулы PDADMAC путем деления молекулярной массы PDADMAC на молекулярную массу звена дает значение порядка 1250-2150.An aqueous solution of polychloride diallyl-dimethyl-ammonium PDADMAC was prepared. (-C 8 H 16 ClN-) x with a molecular weight of 200-350 kDa and a concentration of 1 mg / ml polyelectrolyte in deionized water with a specific resistance of 18 MOhm · cm. Estimation of the number of fragments of the PDADMAC molecule by dividing the molecular weight of PDADMAC by the molecular weight of the unit gives a value of the order of 1250-2150.

Этапы осаждения полиэлектролитного слоя, промывки и сушки также совпадают с Примером 1. Также совпадают способы характеризации.The stages of deposition of the polyelectrolyte layer, washing and drying also coincide with Example 1. Characterization methods also coincide.

Таблица 5 - Зависимость толщины адсорбированного слоя PDADMAC и шероховатости поверхности покрытия структуры от времени адсорбции, проведенной без освещения и при фиксированной освещенности (с длиной волны 442 нм и интенсивностью излучения 2 мВт/см2)Table 5 - Dependence of the thickness of the adsorbed PDADMAC layer and surface roughness of the structure coating on the adsorption time carried out without illumination and at fixed illumination (with a wavelength of 442 nm and an radiation intensity of 2 mW / cm 2 ) Время адсорбции, минAdsorption time, min Толщина слоя PDADMAC, осажденного без освещения, АThe thickness of the layer of PDADMAC, precipitated without lighting, And Толщина слоя PDADMAC, осажденного при освещении, АThe thickness of the layer of PDADMAC, precipitated by lighting, And Шероховатость поверхности структуры, полученной без освещения, АThe surface roughness of the structure obtained without lighting, And Шероховатость поверхности структуры, полученной при освещении, АThe surface roughness of the structure obtained by lighting, And 1one 10,0±0,510.0 ± 0.5 6,5±0,56.5 ± 0.5 3,03.0 1,01,0 33 11,0±0,511.0 ± 0.5 7,5±0,57.5 ± 0.5 3,03.0 1,51,5 55 16,0±0,516.0 ± 0.5 10,5±0,510.5 ± 0.5 4,04.0 3,03.0 1010 12,0±0,512.0 ± 0.5 8,0±0,58.0 ± 0.5 3,53,5 2,02.0 20twenty 10,0±0,510.0 ± 0.5 6,5±0,56.5 ± 0.5 3,03.0 1,01,0 30thirty 8,5±0,58.5 ± 0.5 6,5±0,56.5 ± 0.5 2,52,5 1,01,0 6060 8,0±0,58.0 ± 0.5 6,5±0,56.5 ± 0.5 2,52,5 1,01,0

Таким образом, получено максимальное уменьшение толщины (на 35%) и шероховатости (на 66%) слоя PDADMAC, полученного за 20 минут адсорбции на кремний n-типа, при освещении с длиной волны 442 нм и интенсивностью излучения 2 мВт/см2.Thus, the maximum decrease in the thickness (by 35%) and roughness (by 66%) of the PDADMAC layer obtained after 20 minutes of adsorption on n-type silicon was obtained under illumination with a wavelength of 442 nm and a radiation intensity of 2 mW / cm 2 .

Claims (3)

1. Способ изготовления тонкопленочного органического покрытия из катионного полиэлектролита, включающий модификацию подложки для создания эффективного отрицательного электростатического заряда, приготовление водного раствора катионного полиэлектролита, адсорбцию катионного полиэлектролита на подложку, промывку в деионизованной воде и сушку подложки с осажденным слоем в потоке сухого воздуха, отличающийся тем, что в качестве подложки используют монокристаллический кремний с шероховатостью, меньшей или сравнимой с толщиной создаваемого покрытия, модификацию кремниевой подложки для создания эффективного отрицательного электростатического заряда проводят кипячением при 75°C в течение 15 минут в растворе NH4OH:Н2О22О=1:1:4, а во время адсорбции катионного полиэлектролита на подложку осуществляют освещение подложки со стороны раствора светом с интенсивностью в диапазоне 2 мВт/см2-8 мВт/см2 и с длинами волн из области собственного поглощения кремния.1. A method of manufacturing a thin film organic coating of a cationic polyelectrolyte, including modifying the substrate to create an effective negative electrostatic charge, preparing an aqueous solution of the cationic polyelectrolyte, adsorption of the cationic polyelectrolyte on the substrate, washing in deionized water and drying the substrate with a deposited layer in a stream of dry air, characterized in that monocrystalline silicon with a roughness less than or comparable to the thickness is used as the substrate emogo coating modifying a silicon substrate for an effective negative electrostatic charges is performed by boiling at 75 ° C for 15 minutes in a solution of NH 4 OH: H 2 O 2: H 2 O = 1: 1: 4, and during adsorption of the cationic polyelectrolyte to the substrate illuminates the substrate from the solution side with light with an intensity in the range of 2 mW / cm 2 -8 mW / cm 2 and with wavelengths from the intrinsic absorption region of silicon. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что адсорбцию проводят при погружении кремниевой подложки в водный раствор катионного полиэлектролита.2. The method according to claim 1, characterized in that the adsorption is carried out by immersing the silicon substrate in an aqueous solution of a cationic polyelectrolyte. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что адсорбцию проводят нанесением капли водного раствора катионного полиэлектролита на нужное место поверхности кремниевой подложки с помощью пипеточного дозатора. 3. The method according to claim 1, characterized in that the adsorption is carried out by applying a drop of an aqueous solution of cationic polyelectrolyte to the desired location on the surface of the silicon substrate using a pipette dispenser.
RU2013105510/05A 2013-02-11 2013-02-11 Method of production of thin-film organic coating RU2529216C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013105510/05A RU2529216C1 (en) 2013-02-11 2013-02-11 Method of production of thin-film organic coating

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013105510/05A RU2529216C1 (en) 2013-02-11 2013-02-11 Method of production of thin-film organic coating

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013105510A RU2013105510A (en) 2014-09-10
RU2529216C1 true RU2529216C1 (en) 2014-09-27

Family

ID=51539570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013105510/05A RU2529216C1 (en) 2013-02-11 2013-02-11 Method of production of thin-film organic coating

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2529216C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644979C2 (en) * 2016-06-30 2018-02-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" Method of producing biosensor structure

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5208111A (en) * 1990-08-25 1993-05-04 Bayer Aktiengesellschaft One- or multi-layered layer elements applied to supports and their production
US6020175A (en) * 1996-09-30 2000-02-01 Japan Science And Technology Corporation Multiple layered functional thin films
RU2214651C2 (en) * 1999-04-22 2003-10-20 Тин Филм Электроникс Аса Method for producing thin-film semiconductor devices around organic compounds
KR20040020004A (en) * 2002-08-29 2004-03-06 이스트맨 코닥 캄파니 Using fiducial marks on a substrate for laser transfer of organic material from a donor to a substrate
RU2324643C1 (en) * 2006-10-06 2008-05-20 Государственное учебно-научное учреждение Физический факультет Московского Государственного университета им. М.В. Ломоносова Method of preparing thin-film nanocomposite coating on solid-state body
RU2326898C1 (en) * 2006-10-25 2008-06-20 Андрей Анатольевич Дементьев Thin-film material that contains functional components and method of preparation of thin-film material that contains functional components
RU2348666C2 (en) * 2007-03-16 2009-03-10 Вера Матвеевна Елинсон Method of obtaining bioactive nanocomposite polymer materials, and nanocomposite polymer materials obtained thereby

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5208111A (en) * 1990-08-25 1993-05-04 Bayer Aktiengesellschaft One- or multi-layered layer elements applied to supports and their production
US6020175A (en) * 1996-09-30 2000-02-01 Japan Science And Technology Corporation Multiple layered functional thin films
RU2214651C2 (en) * 1999-04-22 2003-10-20 Тин Филм Электроникс Аса Method for producing thin-film semiconductor devices around organic compounds
KR20040020004A (en) * 2002-08-29 2004-03-06 이스트맨 코닥 캄파니 Using fiducial marks on a substrate for laser transfer of organic material from a donor to a substrate
RU2324643C1 (en) * 2006-10-06 2008-05-20 Государственное учебно-научное учреждение Физический факультет Московского Государственного университета им. М.В. Ломоносова Method of preparing thin-film nanocomposite coating on solid-state body
RU2326898C1 (en) * 2006-10-25 2008-06-20 Андрей Анатольевич Дементьев Thin-film material that contains functional components and method of preparation of thin-film material that contains functional components
RU2348666C2 (en) * 2007-03-16 2009-03-10 Вера Матвеевна Елинсон Method of obtaining bioactive nanocomposite polymer materials, and nanocomposite polymer materials obtained thereby

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SU 767742 A,23.09 1980 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644979C2 (en) * 2016-06-30 2018-02-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" Method of producing biosensor structure

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013105510A (en) 2014-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Krzywiecki et al. Zinc oxide as a defect-dominated material in thin films for photovoltaic applications–experimental determination of defect levels, quantification of composition, and construction of band diagram
Cojocaru et al. Surface treatment of the compact TiO2 layer for efficient planar heterojunction perovskite solar cells
Ahmed et al. Comparison between FTIR and XPS characterization of amino acid glycine adsorption onto diamond-like carbon (DLC) and silicon doped DLC
Trul et al. Organosilicon dimer of BTBT as a perspective semiconductor material for toxic gas detection with monolayer organic field-effect transistors
Kedem et al. Morphology-, synthesis-and doping-independent tuning of ZnO work function using phenylphosphonates
Ananthoju et al. Controlled Electrodeposition of Gold on Graphene: Maximization of the Defect‐Enhanced Raman Scattering Response
Zhao et al. Room temperature NH 3 detection of Ti/graphene devices promoted by visible light illumination
Ahmed et al. Evaluation of glycine adsorption on diamond like carbon (DLC) and fluorinated DLC deposited by plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD)
Stanculescu et al. Maple prepared organic heterostructures for photovoltaic applications
El Hadj et al. Study of organic grafting of the silicon surface from 4-nitrobenzene diazonium tetrafluoroborate
Ishida et al. Structural and surface property study of sputter deposited transparent conductive Nb-doped titanium oxide films
Ayana et al. Sol-gel derived oriented multilayer ZnO thin films with memristive response
Dave et al. Nanostructured hydrophobic DC sputtered inorganic oxide coating for outdoor glass insulators
JP2008177283A (en) Method and apparatus for forming organic thin-film formation
RU2529216C1 (en) Method of production of thin-film organic coating
Kato et al. Fabrication and optical characterization of Si nanowires formed by catalytic chemical etching in Ag2O/HF solution
Park et al. Organic thin-film transistors fabricated using a slot-die-coating process and related sensing applications
Hong et al. Low temperature Solution-Processed ZnO film on flexible substrate
Taner et al. Optical and structural properties of zinc oxide films with different thicknesses prepared by successive ionic layer adsorption and reaction method
Pathipati et al. Performance enhancement of perovskite solar cells using NH4I additive in a solution processing method
Vo et al. Control of growth mode and crystallinity of aluminium-doped zinc oxide thin film at room temperature by self-assembled monolayer assisted modulation on substrate surface energy
Elmas et al. Investigation of physical properties and surface free energy of produced ITO thin films by TVA technique
Malyar et al. The effect of illumination on the parameters of the polymer layer deposited from solution onto a semiconductor substrate
Putrolaynen et al. UV patterning of vanadium pentoxide films for device applications
Clark et al. Surface band bending and carrier dynamics in colloidal quantum dot solids

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200212